大気有機エアロゾルの吸湿性に対する定量的理解の深化―化学構造・起源との関係―

2019 年度 実績報告書

• 研究課題/領域番号: 19H04253
• 研究機関: 名古屋大学
• 研究代表者: 持田 陸宏 名古屋大学, 宇宙地球環境研究所, 教授 (10333642)
• 研究分担者: 松井 仁志 名古屋大学, 環境学研究科, 助教 (50549508) ; 宮崎 雄三 北海道大学, 低温科学研究所, 助教 (60376655) ; 大畑 祥 名古屋大学, 高等研究院(宇宙), 助教 (70796250)
• 研究期間 (年度): 2019-04-01 – 2022-03-31
• キーワード: 有機エアロゾル / 化学構造 / 吸湿性 / 起源

研究実績の概要

本研究では、大気エアロゾル試料の抽出物を用いて、エアロゾルに含まれる有機物（有機エアロゾル）の化学構造と起源の関係や、有機エアロゾルの化学構造を規定する起源と吸湿性の関係を明らかにすることを目指している。この取り組みの一環として、都市エアロゾル試料の抽出物（フミン様物質などの複数の画分）を噴霧し、発生した粒子を高分解能飛行時間型エアロゾル質量分析計に導入して抽出物の質量スペクトルを測定した。また、抽出物に含まれる有機物の定量のため、標準物質としてフタル酸を混合した抽出物に対しても質量スペクトルの測定を行った。さらに、有機物に由来するスペクトル信号に対してpositive matrix factorization（PMF）による解析を行い、バイオマス燃焼起源、調理由来、化石燃料起源と考えられる有機エアロゾルと、含酸素度の異なる2種類の有機エアロゾルの合わせて5種類の有機エアロゾルに対応すると考えられる因子を得た。これらの分析・解析により、今後、抽出物に対する吸湿性測定に基づき、有機エアロゾルの吸湿性と化学構造や起源との関係を知る上で有用なデータを得ることができた。
これらの取り組みのほか、乾燥状態における微粒子の粒径に対する加湿時の粒径の比（吸湿成長度）を測定する装置である吸湿タンデムDMAを用いた検討も行った。また、様々な起源の有機エアロゾルの吸湿性の違いや、大気中での酸化過程等に伴う吸湿性の変化を計算できるように、全球エアロゾルモデル計算の準備をし、改良に着手した。

現在までの達成度 (区分)

3: やや遅れている

理由

エアロゾル抽出物の吸湿性の解析に関係する実験が大きくは進まなかった。この原因の一つに、吸湿タンデムDMAのコンディションの問題があった。

今後の研究の推進方策

吸湿タンデムDMAによるエアロゾル抽出物の吸湿性測定を速やかに実施し、有機エアロゾルの化学構造と吸湿性の比較に基づく解析を早期に開始することを目指す。

研究成果

• [雑誌論文] Aerosol liquid water promotes the formation of water-soluble organic nitrogen in submicrometer aerosols in a suburban forest (2020)
  • 著者名/発表者名: Xu, Y., Y. Miyazaki, E. Tachibana, K. Sato, S. Ramasamy, T. Mochizuki, Y. Sadanaga, Y. Nakashima, Y. Sakamoto, K. Matsuda, and Y. Kajii
  • 雑誌名: Environmental Science & Technology 巻: 54 ページ: 1406-1414
  • DOI: 10.1021/acs.est.9b05849
  • 査読あり
• [学会発表] 海洋大気有機エアロゾルと海洋表層水の生物地球化学的リンケージ (2019)
  • 著者名/発表者名: 宮﨑雄三
  • 学会等名: 日本地球化学会年会
  • 招待講演
• [学会発表] Characterization of fractionated organic aerosol components using FT-IR: Results from one-year sampling of Beijing aerosol（表題の修正有） (2019)
  • 著者名/発表者名: Ruichen Zhou, Pinqing Fu, Qingcai Chen, Yange Deng, and Michihiro Mochida
  • 学会等名: 第24回大気化学討論会
• [学会発表] Characterization of organic aerosol in a cold-temperate forest area of Japan (2019)
  • 著者名/発表者名: Afsana Sonia, Yuzo Miyazaki, Eri Tachibana, Dhananjay Kumar Deshmukh, Kimitaka Kawamura, and Michihiro Mochida
  • 学会等名: 第24回大気化学討論会
• [学会発表] Hygroscopic properties of water-soluble matter in atmospheric submicrometer aerosol collected in Okinawa (2019)
  • 著者名/発表者名: Yange Deng, Hiroaki Fujinari, Hikari Yai, Kojiro Shimada, Shiori Tatsuta, Shiro Hatakeyama, Yutaka Kondo, Akinori Takami, Yuzo Miyazaki, Eri Tachibana, Mingfu Cai, Hanbing Xu, Fei Li, Haobo Tan, Tomoki Nakayama, Petr Vodicka, Dhananjay K. Deshmukh, Kimitaka Kawamura, and Michihiro Mochida
  • 学会等名: 第24回大気化学討論会